
- •РАЗДЕЛ 1: Введение
- •РАЗДЕЛ 2: Мостовые схемы
- •Конфигурации мостов
- •Усиление и линеаризация выходных сигналов мостов
- •Управление мостами
- •Литература
- •РАЗДЕЛ 3: Усилители для нормирования сигналов
- •Характеристики прецизионных операционных усилителей
- •Входное напряжение смещения
- •Модели для входного напряжения смещения и входного тока
- •Нелинейность разомкнутого коэффициента передачи по постоянному току
- •Шум операционного усилителя
- •Ослабление синфазного сигнала и влияния источника питания
- •Анализ бюджета ошибок усилителя на постоянном токе
- •Операционные усилители с однополярным питанием
- •Входные каскады однополярных операционных усилителей
- •Технология производства ОУ
- •Инструментальные усилители
- •Схемы инструментальных усилителей
- •Источники ошибок инструментального усилителя по постоянному току
- •Источники шумов инструментального усилителя
- •Анализ бюджета ошибок ИУ с мостовым датчиком
- •Таблицы разрешения различных измерительных усилителей
- •Защита входов ИУ от выбросов напряжения
- •Усилители, стабилизированные прерыванием
- •Изолированные усилители
- •Литература
- •РАЗДЕЛ 4: Измерение деформации, силы, давления и потока
- •Тензометрические датчики
- •Цепи нормирования сигналов с измерительных мостов
- •Литература
- •РАЗДЕЛ 5: Датчики с высоким импедансом
- •Предусилитель для фотодиода
- •Рассмотрение напряжения смещения предусилителя и его дрейфа
- •Термоэлектрические потенциалы как источник входного напряжения смещения
- •Разработка предусилителя по переменному току, его полоса и стабильность
- •Анализ шумов предусилителя фотодиода
- •Шум входного напряжения
- •Тепловой (Джонсоновский) шум входного резистора R1
- •Шум входного тока прямого (неинверсного) входа
- •Тепловой (Джонсоновский) шум резистора в цепи прямого (неинверсного) входа
- •Резюме по шумовой работе схемы с фотодиодом
- •Уменьшение шума при использовании выходного фильтра
- •Резюме по работе схемы
- •Компромиссные решения
- •Компенсация в высокоскоростном фотодиодном I/V конверторе
- •Выбор ОУ для широкополосного фотодиодного ПТН
- •Конструирование высокоскоростного предусилителя фотодиода
- •Анализ шума быстрого предусилителя фотодиода
- •Высокоимпедансные датчики с зарядом на выходе
- •Схема низкошумящего зарядового усилителя
- •Шумопеленгаторы
- •Буферный усилитель для рН пробника
- •CCD/CIS обработка изображений
- •Литература
- •Линейные дифференциальные трансформаторы
- •Оптические кодировщики
- •Сельсины и синус-косинусные вращающиеся трансформаторы
- •Индуктосины
- •Векторное управление индукционным двигателем переменного тока
- •Акселерометры
- •Литература
- •РАЗДЕЛ 7: Датчики температуры
- •Работа термопар и компенсация холодного спая
- •Термисторы
- •Температурный мониторинг микропроцессоров
- •Литература
- •РАЗДЕЛ 8: АЦП для нормирования сигнала
- •АЦП последовательного приближения
- •АЦП последовательного приближения с мультиплексируемыми входами
- •Законченные системы сбора данных на одном кристалле
- •Литература
- •РАЗДЕЛ 9: Интеллектуальные датчики
- •Токовая петля контроля 4-20 мА
- •Подключение датчиков к сетям
- •Литература
- •РАЗДЕЛ 10: Методы конструирования аппаратуры
- •Ошибки в системах высокой точности, связанные с резисторами и паразитными термопарами
- •Выполнение заземления в системах со смешанными сигналами
- •Шины земли и питания
- •Двухсторонние и многослойные печатные платы
- •Многоплатные системы со смешанными сигналами
- •Разделение аналоговой и цифровой земли
- •Выполнение заземления и развязки в ИС со смешанными сигналами
- •Тщательное рассмотрение цифровых выходов АЦП
- •Рассмотрение тактового генератора выборок
- •Эксперименты с коммутационным стабилизатором
- •Локальная высокочастотная фильтрация напряжения источника питания
- •Фильтрация силовых (сетевых) линий переменного тока
- •Предотвращение выпрямления радиочастотных помех
- •Работа с высокоскоростной логикой
- •Обзор концепций экранирования
- •Общие точки на кабелях и экранах
- •Методы изоляции цифровых сигналов
- •Защита от перегрузки по напряжению
- •Защита от перегрузки по напряжению с использованием канальных устройств защиты КМОП-типа
- •Электростатический разряд
- •Электростатические модели и тестирование
- •Литература

РАЗДЕЛ 10: Методы конструирования аппаратуры
RLIMIT
VIN
|
VPOS |
* |
ВНУТРЕННИЕ ДИОДЫ |
|
|
IIN |
ЗАЩИТЫ ОТ ЭСР |
AIN |
|
* |
|
|
АЦП |
|
VNEG |
♦Выбирайте величину резистора RLIMIT для ограничения входного тока IIN на уровне 5мА
♦*Дополнительные внешние диоды Шоттки позволяют уменьшить величину резистора RLIMIT
Рис.10.54. Защита входа АЦП с диапазоном входных напряжений, лежащим в области между напряжениями питания.
|
|
VPOS = +5В |
RLIMIT << 30КΩ |
|
+2.5 В ИОН |
|
|
|
RLIMIT |
ДИАПАЗОН |
7.5 КΩ |
±10 В |
30 КΩ |
|
VIN |
АБС.МАКС. |
|
|
|
|
1N4745 |
±17 В |
10 КΩ |
16 В, 1 Вт |
|
AD7890-10 |
ИЛИ TVS |
|
|
|
|
VNEG |
Рис.10.55. Защита входа АЦП с однополярным питанием и входным аттенюатором на тонкопленочных резисторах.
Защита от перегрузки по напряжению с использованием канальных устройств защиты КМОП-типа
ADG465/ADG466/ADG467 являются канальными устройствами защиты КМОП-типа (канальные устройства), которые включаются последовательно с сигналом. Канальные устройства защитят чувствительные компоненты от передачи импульсов напряжения вне зависимости от того будут или нет включены источники питания. Поскольку канальные устройства защиты работают вне зависимости от того, присутствуют источники питания или нет, данное устройство защиты идеально для использования в приложениях, в которых нужная последовательность включения питания для обеспечения защиты аналоговых цепей не всегда может быть гарантирована (например, в системах с «горячей заменой» блоков).
Каждое канальное устройство защиты (см. Рис.10.56) включает в себя независимые каналы, каждый из которых состоит из четырех МОП-транзисторов: два транзистора – N-МОП-типа и два – P-МОП-типа. Один из P-МОП-транзисторов не находится непосредственно в цепи сигнала, но используется для замыкания истока второго Р-МОП-транзистора на его подложку.
©АВТЭКС Санкт-Петербург (812) 567-7202, http://www.autexspb.da.ru, E-mail: autex@newmail.ru Автор перевода: Горшков Б.Л.
10-50

РАЗДЕЛ 10: Методы конструирования аппаратуры
Это приводит к понижению порогового напряжения, и уменьшает, таким образом, нормальный рабочий диапазон входных сигналов. Исток и подложка N-МОП-транзисторов соединяются между собой по той же самой причине.
VDD
VD |
VS |
VSS
VSS
VDD – 1.5В
VSS + 2В
|
PMOS |
|
VD |
|
VS |
NMOS |
PMOS |
NMOS |
VDD |
VSS |
VDD |
Рис.10.56. Канальные устройства защиты из одного, двух, трех и восьми элементов (ADG465,ADG466,ADG467)
Канальное устройство защиты ведет себя подобно последовательному резистору (60Ω – 80Ω) во время нормальной работы (во включенном состоянии), т.е. когда (VSS + 2 В) < VD < (VDD - 1.5 B), где VD – входное напряжение. Когда входное аналоговое напряжение превышает этот порог, один из МОП-транзисторов выключится, ограничивая свое выходное напряжение либо на уровне VSS + 2 B, либо VDD – 1.5 B. Защита схемы и источника сигнала обеспечивается в случае возникновения перегрузки по напряжению или при пропадании питания. Канальные устройства защиты могут противостоять перегрузкам входными напряжениями от VSS – 20 B до VDD + 20 B, при включенном питании (VDD – VSS = 44 B макс.). При выключенном питании (VDD = VSS = 0) максимальное входное напряжение составит +35 В. Канальные устройства защиты являются малопотребляющими устройствами, и даже в условиях сбойных ситуаций ток потребления от источника питания ограничивается субмикроамперным уровнем. Все транзисторы устройства диэлектрически изолированы друг от друга изоляционной канавкой, тем самым гарантируется, что канальные устройства защиты не подвержены «защелкиванию» (тиристорному эффекту).
♦ Низкая |
величина |
сопротивления |
во |
включенном |
состоянии |
(50Ω для ADGG465, 80Ω для ADG466/467) |
|
|
|
♦Согласованность сопротивлений во включенном состоянии: 3%
♦Максимальное напряжение питания 44В, VDD – VSS
♦Защита от перегрузки по напряжению и от отказа до ±40 В
♦Уровень фиксации при перегрузке положительным напряжением VDD – 1.5 B
♦Уровень фиксации при перегрузке отрицательным напряжением VSS + 2 B
♦Разрыв входной цепи при выключенном питании
♦Конструкция не подвержена тиристорному эффекту
Рис.10.57. Спецификации канальных устройств защиты ADG465, ADG466, ADG467
©АВТЭКС Санкт-Петербург (812) 567-7202, http://www.autexspb.da.ru, E-mail: autex@newmail.ru Автор перевода: Горшков Б.Л.
10-51

РАЗДЕЛ 10: Методы конструирования аппаратуры
На Рис.10.58 показано типовое приложение, которое требует защиты от перегрузки по напряжению и обеспечения заданной последовательности подачи питания. Это приложение демонстрирует систему с «горячей заменой» блоков. Система включает в себя вставляемую в работающий каркас с помощью торцевого разъема печатную плату или модуль. В приложении такого типа невозможно гарантировать корректную последовательность подачи питания. Корректная последовательность подачи питания означает, что источники питания должны подключаться до подачи любого внешнего сигнала. Неправильная последовательность включения может привести к переходу КМОП-устройств в тиристорный режим. Это действительно так для большинства КМОПустройств вне зависимости от их функционального назначения. Гарантия того, что питание на оставшуюся часть схемы поступит до включения устройства канальной защиты, обеспечивается с помощью RC-цепей на входах питания канального устройства. В этом режиме выходы канальных устройств защиты фиксируются существенно ниже VDD и VSS до тех пор, пока конденсаторы не зарядятся. Диоды гарантируют, что питание на канальных устройствах никогда не превысит уровень шин питания, когда устройство вынимается из разъема. И это гарантирует, что сигналы на входах КМОП-устройств никогда не превысят напряжения источников питания (т.е. «защелкивание» никогда не произойдет).
|
РАЗЬЕМ |
+5 В |
VDD |
|
|
–5 В |
VSS |
|
|
АНАЛОГОВЫЙ |
|
ВХОД |
АЦП |
(-2.5В ДО +2.5В) |
|
ЛОГИЧЕСКИЙ |
|
ВХОД |
ЛОГИКА |
|
|
ЛОГИЧЕСКИЙ |
УПРАВЛЕНИЯ |
ВХОД |
|
ЗЕМЛЯ |
ADG466 |
Рис.10.58. Защита от перегрузки и нарушения очередности включения питания с использованием ADG466.
©АВТЭКС Санкт-Петербург (812) 567-7202, http://www.autexspb.da.ru, E-mail: autex@newmail.ru Автор перевода: Горшков Б.Л.
10-52